[发明专利]一种安装LED的金属基板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电路板基材技术领域，特别是用于大功率LED的金属基板的生产技术领域。

背景技术

通常导热的材料多会导电，金属是靠电子的移动导热，所以电阻越小的金属(如银、铜、铝)，其热传导率也越大(如银约415W/mk、铜约395W/mk、铝约275W/mk)。相反的，绝缘的材料(如玻璃或木材)其热传导率也很低。

许多工业产品，尤其为电子产品(如LED)需以电路驱动。这些电路多为铜线。为了大量复制电路，常以曝光及蚀刻的方法制成印刷电路板(PCB)。通常印刷电路板以玻璃纤维强化的复合材料(FRC)做为绝缘的载板，其上以胶黏贴一薄层铜泊后再制成印刷电路板，这就是常用的计算机主机板。

然而LED的热流却常被复合材料所阻断。LED的温度升高后其亮度就迅速衰减，尤以大功率的LED或密排的LED更是如此。因此LED的基板，例如电视的背光板及路灯的LED载板，常采用金属(如铝或铜)基板而不用复合材料。但近年来LED的电功率及密集度都有增加之势。以胶做为绝缘层的散热速度不够，加上胶为有机物，很容易过热变质。有机胶的热膨胀也比金属大，会造成变形问题。除此之外，胶会和水汽、碳酸或硫气反应，所以胶绝缘的金属基电路板(MCPCB)常经不起明暗LED的冷热交替，以致会干化、变形或剥离。印刷电路板以胶绝缘时LED会有许多问题，包括亮度难以持久或背光的颜色差异等。

有鉴于胶的不稳定，其内也可添加一些陶瓷粉(如氧化铝或氮化铝)。虽然这种复合绝缘物的热传导率可以由胶的约0.4W/mk提升至约4W/mk，但毕竟胶占绝缘层体积的一半以上，不仅热流的传递仍慢，热干化、变形或剥离的问题也未解决，因此含胶的金属基电路板并不能用来承载大功率或极密集的LED光源。

为了大幅提高绝缘层的热传导率及避免其它问题，金属基电路板内的胶必须完全排除。金属板上可直接包覆陶瓷膜(如AlN或SiO2)，但陶瓷膜的热传导率还不够高，对一些大功率及极密集的LED冷却效果不彰。除此之外，在陶瓷表面披覆铜层的附着力很差。细微的铜电路很容易自陶瓷膜的表面剥离。

导热最快的薄膜为似钻碳(Diamond Like Carbon，缩写DLC)。DLC的热传导率可高达600W/mk，比银或铜高很多。似钻碳分很多种，有些只含碳(如电弧或溅镀的DLC)，而有些可含氢(H)，氮(N)，氟(F)，氧(O)或硅(Si)(如以Radio Frequency CVD或RFCVD所镀之DLC)。纯碳似钻碳的导电率太高，并不能有效绝缘。似钻碳内也常含导电的石墨键，这种似钻碳也不能用来绝缘铜导线。一般说来，以物理气相沉积(PVD)包覆的似钻碳导电率太高，因此多不适用。以化学气相沉积(CVD)包覆的似钻碳内可含多量(占全部原子数目的1/4-1/2)的H，N，F，O或Si原子。这些非碳原子会先减少碳的石墨键，使电流难以传递。但气体原子太多也会切断钻石键，使热流也被阻断，所以似钻碳内气体原子所占比率应落在1/4至1/2的范围。

发明内容

本发明目的在于设计一种减小光衰的、适合大功率LED的金属基板。

本发明包括金属板和铜导线，其特征是在所述金属板和铜导线之间由内至外依次设置似钻碳绝缘层和能碳化的金属层；所述似钻碳绝缘层中H、N、O、F或Si原子占似钻碳总质量的1/4-1/2，所述能碳化的金属为镁、硅、铬、钒或钛。

本发明所形成的铝基板既具有较好的绝缘性，似钻碳层与基板的附着强度高达20kg/cm2，本发明铝基板的热传导率大于10W/mk，比传统含胶绝缘层的热传导率大两倍以上。故本发明有较好的导热性，特别适合于大功率LED的应用，能有效降低光衰速度，为人们充分利用LED节能产品创造条件。

为了形成一定的绝缘性，所述似钻碳绝缘层的厚度为200nm～1000nm。

本发明所述金属板可以为铝板、镁板、铜板、镁铝合金板、或镁铜压合板。

为了加强金属板的绝缘能力，金属板上可加一层陶瓷膜。最简单的方法乃将金属板当做阳极，在电解液内氧化。例如在铝板上形成阳化铝或在镁板上形成氧化镁。也成将金属板放在真空腔体内导入少量的氧气，再以微波(Microwave)或射频(Radiowave)将氧气解离形成电浆(Plasma)。电浆会把金属表面均匀的氧化，形成极薄(如200nm)的氧化膜。若改以氮气电浆处理则可形成氮化膜。氧化物或氮化物都是绝缘的陶瓷(Ceramics)。

为了加强似钻碳在陶瓷膜的附着力，陶瓷膜上可先披覆一层硅或钛。披覆可以物理法(如溅镀)或化学法(如化学气相沉积或CVD)。